一種氣缸蓋進排氣道三維建模方法

姜宇生 唐 松

(四川共享鑄造有限公司，四川641301)

目前，隨著發(fā)動機行業(yè)的發(fā)展，氣缸蓋形狀復(fù)雜程度越來越高，其中氣道的流道形狀是影響發(fā)動機功率、油耗、加速性、排放及噪音等性能指標(biāo)的主要因素。因此進、排氣道各斷面尺寸是否準(zhǔn)確關(guān)系氣缸蓋的性能，而三維建模的質(zhì)量直接關(guān)系到鑄件的結(jié)構(gòu)、壁厚及輪廓尺寸。

1 建模思路和建模方法分析

此氣缸蓋的進、排氣道的二維示意圖如圖1所示。

圖1 氣缸蓋的進、排氣道示意圖Figure 1 Scheme of inlet and exhaust passages of cylinder cover

在建模前，通過分析進、排氣道視圖及各個斷面結(jié)構(gòu)特征和形狀，可以得出以下結(jié)論：

(1)要保證進、排氣道“A-A”、“B-B”流道視圖尺寸。

(2)進、排氣道主視圖保證R65 mm、圖中標(biāo)注及連接角度符圖。

(3)進、排氣道必須圓滑過渡，各斷面尺寸R若不符圖，允許適當(dāng)放大。

由于進、排氣道的形狀復(fù)雜，傳統(tǒng)用剖面圖來表示的方法，理論上不夠嚴(yán)密、準(zhǔn)確，過渡部分仍然不能確定其外形。將復(fù)雜的曲面造型技術(shù)應(yīng)用到進、排氣道的三維建模中來，可以根據(jù)已有的斷面輪廓曲線，按兩個方向排列的曲線輪廓建立曲線網(wǎng)格。建“曲線網(wǎng)格”時，需要選擇兩種類型的控制線，一種是按某個方向排列的曲線，可稱為“基線”，另一種是按大致與基線垂直方向排列的曲線稱為截面線。在選擇第1條或最后1條基線時允許選擇1個點作為基線。在建模過程中，應(yīng)先在空間坐標(biāo)系中確定基準(zhǔn)軸和原點。將二維圖中的主視圖在XYZ空間坐標(biāo)系中相互垂直平面內(nèi)投影輪廓，通過空間曲線創(chuàng)建三維模型。

進、排氣道的圓弧變化過度大且不易控制，進、排氣道建模一般有兩種方法：第一種是把各個斷面形狀分別畫出，用“掃掠”命令把相鄰斷面形狀做成實樣模型，通過“求和”來完成，但各個斷面連接不圓滑、流暢，且高低不平。第二種方法是把各斷面形狀的十字線交點在中心線上的點做出，畫出斷面十字線及斷面形狀，利用“樣條”命令把各點相互連接，做到樣條光滑平順、流暢，然后利用“曲線網(wǎng)格”做出片體，再“縫合”成實體模樣。通過對比兩種方法，決定使用第二種建模方法。

2 三維建模

2.1 構(gòu)造輪廓線

此氣缸蓋的進、排氣道分別由15個不同形狀、不同尺寸的斷面輪廓形狀組成，輪廓曲面復(fù)雜，變化較大。首先在空間坐標(biāo)系XY平面中畫出主視圖的輪廓線形狀，利用“拉伸”命令在Z軸方向沿中心線拉出一個片體，然后在ZY平面中分別畫出“A-A”，“B-B”的輪廓形狀，然后利用“拉伸”命令在“A-A”、“B-B”剖視圖中心線沿X軸方向分別拉出一個片體，兩片體利用“求交”命令即求出進排氣道在空間的中心線，如圖2所示。由于進、排氣道的建模方法基本一致，本文主要介紹進氣道的建模方法，排氣道就不再敘述了。

2.2 構(gòu)造輔助曲線

以起點為中心，做出直徑44 mm的圓(片體)，圓與中心線相交，即求出各斷面的中心點在中心線的位置點，用“拉伸”命令偏置畫出各斷面中心點十字中心線，利用“直線”、“偏置”命令將各斷面形狀畫出，用“樣條”命令把各斷面形狀相關(guān)的點，用“樣條”相連接起來，如圖3所示。

2.3 用“曲線網(wǎng)格”構(gòu)建片體

利用“曲線網(wǎng)格”命令做出各連接面的片體，如圖4所示。

要求各片體能夠圓滑過渡，中間無凸起、皺褶等現(xiàn)象，最后利用“縫合”命令使片體變成實體，補做出進氣道的其它結(jié)構(gòu)，對不圓滑的位置要做適當(dāng)修整，使其圓滑光順、流暢，最后得到完整進氣道三維，如圖5所示。

圖2 進氣道空間坐標(biāo)中心線Figure 2 Space coordinate center line of inlet passage

圖3 進氣道各斷面線Figure 3 Each section line of inlet passage

圖4 進氣道片體Figure 4 Pieces of inlet passage

圖5 進氣道三維Figure 5 3D of inlet passage

將三維模型與二維圖紙尺寸進行核對，補齊結(jié)構(gòu)，修改尺寸，確保三維模型的幾何關(guān)系、形狀、結(jié)構(gòu)、尺寸準(zhǔn)確。

3 結(jié)論

(1)在三維建模中，要看懂二維圖，做到思路要清晰，認(rèn)真規(guī)劃好設(shè)計建模步驟，便于操作。

(2)如果三維形狀復(fù)雜且異形，變化大，最好用“曲線網(wǎng)格”來構(gòu)造面，使其光滑、流暢符圖，從而保證其準(zhǔn)確性。

參考文獻

[1] 劉昌麗，康士廷.UGNX8.0中文版標(biāo)準(zhǔn)教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012：116-121.